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DOCUMENTAÇÃO TÉCNICA SECRETARIA DE SERVIÇOS PÚBLICOS

EMITENTE EMPRESA DE MANUTENÇÃO E LIMPEZA URBANA

REFERÊNCIA VOLUME 12 / ME-6

ASSUNTO: MÉTODOS DE ENSAIOS PARA PAVIMENTAÇÃO SOLO – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

DATA

2003

PREFEITURA DO RECIFE

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ME-6

MÉTODOS DE ENSAIO

SOLO-ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

DOCUMENTO DE CIRCULAÇÃO EXTERNA





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2003


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ÍNDICE PÁG.

1. INTRODUÇÃO ...............................................................................................3

2. OBJETIVO .....................................................................................................3

3. REFERÊNCIAS E NORMAS COMPLEMENTARES .....................................3

4. APARELHAGEM ...........................................................................................4

5. EXECUÇÃO DO ENSAIO ..............................................................................5

6. CÁLCULOS..................................................................................................10

7. RESULTADOS.............................................................................................14

FIGURA 8.........................................................................................................23





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1. INTRODUÇÃO

Este método de ensaio adotado pela PCR tem por base a norma NBR 7181 de

Dezembro/84, da ABNT.

2. OBJETIVO

Este método prescreve o procedimento para a análise granulométrica de solos, realizada

por peneiramento ou por uma combinação de sedimentação e peneiramento.

3. REFERÊNCIAS E NORMAS COMPLEMENTARES

Na aplicação deste método é necessário consultar:

• ME-1 – Método de Ensaio – Preparação de amostras de solo para ensaio de

compactação e ensaios de caracterização, da PCR;

• ME-2 – Método de Ensaio – Grãos de solo que passam na peneira de 4,8 mm –

Determinação da massa específica, da PCR;

• NBR-NM-ISO 2395:97 – Peneiras de Ensaio e Ensaio de Peneiramento – Vocabulário;

• NBR-NM-ISO 3310-1:97 – Peneiras de Ensaio – Requisitos Técnicos e Verificação –

Parte 1 – Peneiras de Ensaio com Tela de Tecido Metálico;

• NBR-NM-ISO 3310-2:97 – Peneiras de Ensaio – Requisitos Técnicos e Verificação –

Parte 2 – Peneiras de Ensaio com Chapa Metálica Perfurada.





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4. APARELHAGEM

A aparelhagem necessária para a execução do ensaio é a que se segue:

a) Estufa capaz de manter a temperatura entre 60°C e 65°C e, entre 105°C e 110° C;

b) Balanças que permitam pesar nominalmente 200 g, 1,5 kg, 5 kg e 10 kg, com

resoluções de 0,01 g, 0,1 g, 0,5 g e 1 g, respectivamente, e sensibilidades compatíveis;

c) Recipientes adequados, tais como dessecadores, que permitam guardar amostras sem

variação de umidade;

d) Aparelho de dispersão (Figura 1), com hélices substituíveis (Figura 2) e copo munido

de chicanas (Figura 3); a rotação da hélice do aparelho não deve ser inferior a 9.000 rpm;

e) Proveta de vidro, com cerca de 450 mm de altura e 65 mm de diâmetro, com traço de

referência indicando 1,000 cm³ a 20°C;

f) Densímetro de bulbo simétrico, calibrado a 20°C e com resolução de 0,001, graduado

de 0,995 a 1,050; (ver Figura 4);

g) Termômetro graduado em 0,1°C, de 0°C a 50°C;

h) Relógio com indicação de segundos;

i) Béquer de vidro, com capacidade de 250 cm³;

j) Proveta de vidro, com capacidade de 250 cm³ e resolução de 2 cm³;





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k) Tanque para banho, com dimensões adequadas à imersão das provetas até o traço de

referência, capaz de manter a temperatura da suspensão aproximadamente constante

durante a fase de sedimentação. Este banho é dispensável quando o ensaio for efetuado

em ambiente com temperatura aproximadamente constante;

l) Peneiras de 50, 38, 25, 19, 9,5, 4,8, 2,0, 1,2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15 e 0,075 mm, de

acordo com as normas NBR-NM-ISO 2395:97, NBR-NM-ISO 3310-1:97 e NBR-NM-ISO

3310-2:97;

m) Escova com cerdas metálicas;

n) Agitador mecânico de peneiras, com dispositivo para fixação de até seis peneiras,

inclusive tampa e fundo;

o) Bagueta de vidro;

p) Bisnaga.

5. EXECUÇÃO DO ENSAIO 5.1 NA PREPARAÇÃO DA AMOSTRA

Para o ensaio, tomar a quantidade de amostra preparada de acordo com o disposto no

Método de Ensaio – ME-1, da PCR, correspondente à norma NBR 6457 da ABNT.

5.2 OPERAÇÕES PRELIMINARES

Determinar com as resoluções do Quadro 1 a massa da amostra seca ao ar e anotar

como Mt.





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Quadro 1 Determinação do peso da amostra seca no ar

Passar este material na peneira de 2,0 mm, tomando-se a precaução de desmanchar no

almofariz todos os torrões ainda existentes, de modo a assegurar a retenção, na peneira,

somente dos grãos maiores que a abertura da malha. Utilizar a escova com cerdas

metálicas para auxiliar a retirada dos grãos retidos nas malhas da peneira, procedendo

da mesma forma em todos os passos que envolvam o peneiramento.

Lavar a parte retida na peneira de 2,0 mm, a fim de eliminar o material fino aderente e

secar em estufa a 105°C/110°C, até constância de massa.

O material assim obtido é usado no peneiramento grosso.

Para determinação da distribuição granulométrica do material, apenas por peneiramento,

proceder como segue:

a) Do material passado na peneira de 2,0 mm tomar cerca de 120 g. Pesar o material

com resolução de 0,01 g e anotar como Mh. Tomar ainda cerca de 100 g para três

determinações da umidade higroscópica ( h), de acordo com o Método de Ensaio – ME-1,

da PCR, correspondente à norma NBR 6457 da ABNT;





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b) Lavar na peneira de 0,075 mm o material assim obtido, vertendo-se água potável à

baixa pressão;

c) Proceder como descrito a partir de 5.4.

5.3 SEDIMENTAÇÃO

Do material passado na peneira de 2,0 mm tomar cerca de 120 g, no caso de solos

arenosos, ou 70 g, no de solos siltosos e argilosos, para a sedimentação e o

peneiramento fino. Pesar esse material com resolução de 0,01 g e anotar como Mh,

tomar ainda cerca de 100 g para três determinações da umidade higroscópica ( h), de

acordo com o Método de Ensaio –ME-1, da PCR, correspondente à norma NBR 6457 da

ABNT.

Transferir o material assim obtido para um béquer de 250 cm³ e juntar com auxílio de

proveta, como defloculante, 125 cm³ de solução de hexametafosfato de sódio com a

concentração de 45,7 g do sal por 1.000 cm³ de solução. A solução de hexametafosfato

de sódio deve ser tamponada com carbonato de sódio até que a solução atinja um pH

entre 8 e 9, evitando assim a reversão da solução para ortofosfato de sódio. Em solos

para os quais o defloculante e a concentração indicados não foram eficazes na

dispersão, deve-se investigar o tipo e a dosagem do defloculante mais adequados. Agitar

o béquer até que todo o material fique imerso e deixar em repouso, no mínimo 12 horas.

Verter, então, a mistura no copo de dispersão, removendo com água destilada, com

auxílio da bisnaga, o material aderido ao béquer. Adicionar água destilada até que seu

nível fique 5 cm abaixo das bordas do copo e submeter à ação do aparelho dispersor

durante 15 minutos.

Solos que contenham grãos susceptíveis de sofrerem quebra devem ser dispersos em

um intervalo de tempo menor.





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Transferir a dispersão para a proveta e remover com água destilada, com auxílio da

bisnaga, todo o material aderido ao copo. Juntar água destilada até atingir o traço

correspondente a 1.000 cm³; em seguida, colocar a proveta no tanque para banho ou em

local com temperatura aproximadamente constante. Agitar freqüentemente com a

baqueta de vidro para manter, tanto quanto possível, as partículas em suspensão, logo

que a dispersão atinja a temperatura de equilíbrio, tomar a proveta e, tapando-lhe a boca

com uma das mãos, executar, com auxílio da outra, movimentos enérgicos de rotação

durante 1 minuto, pelos quais a boca da proveta passe de cima para baixo e vice-versa.

Imediatamente após terminada a agitação, colocar a proveta sobre uma mesa, anotar a

hora exata do início da sedimentação e mergulhar cuidadosamente o densímetro na

dispersão.

Efetuar as leituras do densímetro correspondentes aos tempos de sedimentação (t) de

0,5, 1 e 2 minutos. Retirar lenta e cuidadosamente o densímetro da dispersão.

Recomenda-se repetir as três primeiras leituras. Para tanto, agitar novamente a proveta,

conforme descrito neste item, e refazer as leituras para os tempos de 0,5, 1 e 2 minutos.

Se o ensaio não estiver sendo realizado em local de temperatura constante, colocar a

proveta no banho onde permanecerá até a última leitura. Fazer as leituras subseqüentes

a 4, 8, 15 e 30 minutos, 1, 2, 4, 8 e 24 horas, a contar do início da sedimentação.

Cerca de 15 a 20 segundos antes de cada leitura, mergulhar lenta e cuidadosamente o

densímetro na dispersão. Todas as leituras devem ser feitas na parte superior do

menisco, com interpolação de 0,0002, após o densímetro ter ficado em equilíbrio. Assim

que uma dada leitura seja efetuada, retirar o densímetro da dispersão e colocá-lo numa

proveta com água limpa, à mesma temperatura da dispersão.

Após cada leitura, excetuadas as duas primeiras, medir a temperatura da dispersão, com

resolução de 0,1°C.





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Realizada a última, verter o material da proveta na peneira de 0,075 mm, proceder à

remoção, com água, de todo o material que tenha aderido às suas paredes, e efetuar a

lavagem do material na peneira mencionada, empregando água potável à baixa pressão.

5.4 PENEIRAMENTO FINO

Secar o material retido na peneira de 0,075 mm em estufa, à temperatura de 105°C a

110°C, até constância de massa, e, utilizando o agitador mecânico, passar nas peneiras

de 1,2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15, 0,075 mm. No caso de solos uniformes, pode ser necessário

utilizar, tanto no peneiramento fino como no grosso, peneiras intermediárias àquelas

indicadas. Anotar com resolução de 0,01 g as massas retidas acumuladas em cada

peneira.

5.5 PENEIRAMENTO GROSSO

Pesar o material retido na peneira de 2,0 mm obtido conforme 5.2, com a resolução

indicada na Tabela 1 e anotar como Mg.

Utilizando o agitador mecânico, passar esse material nas peneiras de 50, 38, 25, 19, 9,5

e 4,8 mm. No caso de solos uniformes, pode ser necessário utilizar, tanto no

peneiramento fino como no grosso, peneiras intermediárias àquelas indicadas. Anotar

com a resolução indicada na Tabela 1 as massas retidas acumuladas em cada peneira.





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6. CÁLCULOS 6.1 MASSA TOTAL DA AMOSTRA SECA

Calcular a massa total da amostra seca, utilizando-se a expressão:

onde:

Ms = massa total da amostra seca;

Mt = massa da amostra seca ao ar;

Mg = massa do material seco retido na peneira de 2,0 mm;

h = umidade higroscópica do material passado na peneira de 2,0 mm.

6.2 PORCENTAGENS DE MATERIAIS QUE PASSAM NAS PENEIRAS DE 50, 38, 25, 19, 9,5, 4,8 E

2,0 MM

Calcular as porcentagens de materiais que passam nas peneiras acima referidas,

utilizando a expressão:

onde:

Qg = porcentagem de material passado em cada peneira;

Ms = massa total da amostra seca;

Mi = massa do material retido acumulado em cada peneira.





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6.3 PORCENTAGENS DE MATERIAIS EM SUSPENSÃO

Calcular as porcentagens correspondentes, a cada leitura, à massa total da amostra,

utilizando a expressão. Para efeito de cálculo, considerar: δd=1,000 g/cm3, V=1000 cm³ e

δc=1,000 g/cm³:

onde:

QS = porcentagem de solo em suspensão no instante da leitura do densímetro;

N = porcentagem de material que passa na peneira de 2,0 mm, calculado conforme

indicado em 5.2;

d = massa específica dos grãos do solo, em g/cm³;

δd = massa específica do meio dispersor, à temperatura de ensaio, em g/cm³;

V = volume da suspensão, em cm³;

δC = massa específica da água, à temperatura de calibração do densímetro (20° C), em

g/cm³;

L = leitura do densímetro na suspensão;

Ld = leitura do densímetro no meio dispersor (ver Anexo I), na mesma temperatura da

suspensão;

Mh = massa do material úmido submetido à sedimentação, em g;

h = umidade higroscópica do material passado na peneira de 2,0 mm.





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6.4 DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS DE SOLO EM SUSPENSÃO

Calcular o diâmetro máximo das partículas em suspensão, no momento de cada leitura

do densímetro, utilizando-se a expressão (Lei de Stokes):

onde:

d = diâmetro máximo das partículas, em mm;

µ = coeficiente de viscosidade do meio dispersor, à temperatura de ensaio, em g xs/cm² a

altura de queda das partículas, com resolução de 0,1 cm, correspondente à leitura do

densímetro, em cm (ver Anexo I) ;

t = tempo de sedimentação, em s;

δ = massa específica dos grãos do solo, determinada de acordo com o Método de Ensaio

– ME-2 da PCR em g/cm³; d ä = massa específica do meio dispersor, à temperatura de ensaio, em g/cm³;

O diâmetro máximo das partículas em suspensão, no momento de cada leitura do

densímetro, pode também ser determinado pelo método gráfico de Casagrande.

Para efeito de cálculo, considerar δd = 1,000 g/cm³, e µ correspondente ao coeficiente de

viscosidade da água conforme mostra o Quadro 2.





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Quadro 2

Viscosidade da água (valores em (10-6g xs/cm²)

6.5 PORCENTAGENS DE MATERIAIS QUE PASSAM NAS PENEIRAS DE 1,2; 0,6; 0,42; 0,25; 0,15 E 0,075 MM

Calcular as porcentagens de materiais que passam nas peneiras acima referidas,

utilizando-se a expressão:

onde:

Qf = porcentagem de material passado em cada peneira;

Ìh = massa do material úmido submetido ao peneiramento fino ou à sedimentação,

conforme o ensaio tenha sido realizado apenas por peneiramento ou por combinação de

sedimentação e peneiramento, respectivamente;

h = umidade higroscópica do material passado na peneira de 2,0 mm;

Ìi = massa do material retido acumulado em cada peneira;

N = porcentagem de material que passa na peneira de 2,0 mm, calculado conforme

indicado em 6.2.





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7. RESULTADOS

O resultado final deve ser apresentado graficamente, dispondo-se em abscissas os

diâmetros das partículas, em escala logarítmica, e em ordenadas as porcentagens das

partículas menores do que os diâmetros considerados, em escala aritmética.





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1) Variação das leituras do densímetro, no meio dispersor, em função da temperatura

Para cada densímetro construir a curva de variação das leituras, Ld, no meio dispersor,

em função da temperatura.

Para tanto, diluir, em proveta, 125 cm3 da solução indicada em 5.3, em 875 cm3 de água

destilada.

Com a proveta imersa em um recipiente com água, provido de dispositivo para controle

de temperatura, variar a temperatura do meio dispersor e obter diversas leituras

densimétricas, em uma faixa compreendida entre 10°C e 35°C, as quais devem ser feitas

na parte superior do menisco.

Com os valores obtidos, construir uma curva, como exemplificado na Figura 5.

2) Variação da altura de queda das partículas em função da leitura do densímetro

Para cada densímetro, construir as curvas de variação da altura de queda das partículas

a e a’, em função da leitura do densímetro.

Para tanto, determinar a distância, a, de cada traço principal da graduação ao centro de

volume do densímetro; e para isso medir a distância de cada traço principal da

graduação do densímetro à base da haste e somar a essa distância metade da altura do

bulbo (medida da base da haste à extremidade do bulbo).

Com os valores obtidos, construir uma curva correlacionando as alturas de queda, a, com

as leituras do densímetro, como exemplificado na Figura 6. Essa curva é válida para as

leituras efetuadas nos dois primeiros minutos de ensaio, quando o densímetro

permanece mergulhado na dispersão.





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Para as leituras subseqüentes construir uma curva correlacionando as alturas de queda

corrigidas, a’, com as leituras do densímetro, como exemplificado na Figura 6, utilizando

a seguinte expressão:

Va= volume da parte imersa do densímetro, obtido pesando o densímetro ou imergindo-o

em água em uma proveta graduada.

A = área da seção interna da proveta, obtida dividindo-se o volume de 1.000 cm3, pela

distância, medida entre o fundo da proveta e o traço correspondente a esse volume.

3) Determinação do diâmetro máximo das partículas pelo nomograma de Casagrande

A determinação do diâmetro máximo das partículas pela Lei de Stokes pode ser feita

utilizando-se o nomograma elaborado por Casagrande. A Figura 7 fornece as indicações

necessárias para sua elaboração e a Figura 8 apresenta um nomograma já elaborado. O

nomograma, constituindo-se em representação gráfica da Lei de Stokes, e adaptável a

qualquer densímetro, desde que se tenha feito a correlação entre as alturas de queda e

as leituras do densímetro. Esta correlação pode ser feita no próprio nomograma,

marcando contiguamente à escala das alturas de queda, as leituras correspondentes do

densímetro, lembrando, porém, que a correlação para as três primeiras leituras,

correspondentes aos tempos de sedimentação de 0,5, 1 e 2 minutos, é diferente daquela

para as leituras subseqüentes.

A chave para a utilização do nomograma está apresentada na Figura 8.





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Para exemplificar, consideram-se os seguintes dados obtidos de ensaio:

L = leitura do densímetro = 1,028

t = tempo de sedimentação = 4 minutos

T = temperatura da suspensão = 21°C

δ = massa específica dos grãos do solo = 2,56 g/cm3

Considere-se ainda que, para o densímetro utilizado no ensaio, as curvas de variação da

altura da queda das partículas em função da leitura do densímetro sejam aquelas

exemplificadas na Figura 6. Para L = 1,028 obtém-se, portanto, a = 17 cm.

A seguir, proceder como segue:

a) Ligar os valores 2,56 e 21, das respectivas escalas δ e T, por uma reta que cortará a

escala A no ponto 11,6;

b) Outra reta ligando os valores de 17,0 cm e 4 minutos, das respectivas escalas a e t,

determinará, na escala V, a velocidade de 0,068 cm/s;

c) Uma terceira reta, ligando este valor ao ponto 11,6, na escala A, cortará a escala d no

ponto 0,028 mm, que é o diâmetro máximo procurado das partículas em suspensão, para

este exemplo.





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Figura 5 Exemplo de curva de variação das leituras do densímetro, no meio dispersor, em

função da temperatura





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Figura 6 Exemplo de curva de variação da altura de queda das partículas em função da

leitura do densímetro





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Figura 7 Construção do nomograma de Casagrande





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Figura 8 Nomograma de Casagrande

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